(57)【要約】【課題】  電池の厚さが薄く、しかも十分な発電能を有する新規な構成の電池を提供すること。【解決手段】  発電部として第１の電極１が接した酸性媒体２と、第２の電極３が接した塩基性媒体４とが備えられ、酸性媒体２及び塩基性媒体４が互いに隣接もしくは近設されてなり、酸性媒体２及び塩基性媒体４の少なくともいずれかに反応物質が含有させた電池であり、１）第１の電極及び第２の電極を発電部（電池）の厚み方向に対する交差方向に沿って配置させる、２）第１の電極及び第２の電極を発電部の厚み方向に対する直交方向に沿って配置させる、又は３）第１の電極における主たる面（好適には、酸性媒体と接触する面）と第２の電極における主たる面とを同一平面上に配置させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電部が、少なくとも、第１の電極が接触した酸性媒体と、第２の電極が接触した塩基性媒体とを備え、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が互いに隣接もしくは近設されてなり、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなり、前記第１の電極及び第２の電極が前記発電部の厚み方向に対する交差方向に沿って配置されていることを特徴とする電池。
【請求項２】
発電部が、少なくとも、第１の電極が接触した酸性媒体と、第２の電極が接触した塩基性媒体とを備え、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が互いに隣接もしくは近設されてなり、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなり、前記第１の電極及び第２の電極が前記発電部の厚み方向に対する直交方向に沿って配置されていることを特徴とする電池。
【請求項３】
発電部が、少なくとも、第１の電極が接触した酸性媒体と、第２の電極が接触した塩基性媒体とを備え、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が互いに隣接もしくは近設されてなり、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなり、第１の電極における主たる面と第２の電極における主たる面とが同一平面上に配置されていることを特徴とする電池。
【請求項４】
前記発電部が、ラミネートフィルムにより覆われていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項５】
前記ラミネートフィルムが、通気遮断性金属フィルムと絶縁性樹脂フィルムとで構成されたラミネートフィルムであることを特徴とする請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記反応物質が、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体のそれぞれに含有されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項７】
前記酸性媒体に含有される前記反応物質としての第１の物質と、前記塩基性媒体に含有される前記反応物質としての第２の物質とが、同一の物質であることを特徴とする請求項６に記載の電池。
【請求項８】
前記反応物質が、過酸化水素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項９】
前記反応物質が、当該反応物質を含有する液体もしくは固体、あるいは、化学変化によって当該反応物質を生成する液体もしくは固体、の状態で供給されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項１０】
前記酸性媒体が酸性水溶液からなり、かつ、前記塩基性媒体が塩基性水溶液からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項１１】
前記酸性水溶液が、硫酸、メタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、及び、フマル酸からなる群より選択される酸を１以上含むことを特徴とする請求項１０に記載の電池。
【請求項１２】
前記塩基性水溶液が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を１以上含む、又は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択されるアルカリ金属塩を１以上含むことを特徴とする請求項１０に記載の電池。
【請求項１３】
前記酸性媒体が酸性のイオン交換部材から構成され、かつ、前記塩基性媒体が塩基性のイオン交換部材から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項１４】
前記イオン交換部材が、ポリビニルスチレン系のイオン交換樹脂、ポリフルオロヒドロカーボンポリマー系の高分子電解質膜、ポリビニルスチレン系のイオン交換膜、及び繊維状ポリスチレン系のイオン交換濾紙からなる群より選択されることを特徴とする請求項１３に記載の電池。
【請求項１５】
前記酸性媒体が酸性のイオン伝導性ゲルから構成され、かつ、前記塩基性媒体が塩基性のイオン伝導性ゲルから構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項１６】
前記酸性のイオン伝導性ゲルが、酸性水溶液を、架橋ポリアクリル酸、寒天、又はその塩類によりゲル化してなることを特徴とする請求項１５に記載の電池。
【請求項１７】
前記塩基性のイオン伝導性ゲルが、塩基性水溶液をカルボキシメチルセルロース、架橋ポリアクリル酸、又はその塩類によりゲル化してなることを特徴とする請求項１５に記載の電池。
【請求項１８】
前記酸性媒体が、酸性水溶液と炭素系粉末からなるペースト状態であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項１９】
前記塩基性媒体が、塩基性水溶液と炭素系粉末からなるペースト状態であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項２０】
前記第１の電極が、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項２１】
前記第２の電極が、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項２２】
前記第１の電極及び第２の電極が、板状、薄膜状、網目状、又は繊維状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項２３】
前記第１の電極及び前記第２の電極が、無電解メッキ法、蒸着法、又はスパッタ法により、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体のそれぞれ配置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項２４】
前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が、塩橋材を介して互いに隣接もしくは近設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型電池に関し、特に、酸性媒体とそれに接した塩基性媒体とを利用した電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、物質が持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。また、その化学エネルギーを使い切るまで電力を提供する一次電池、使い切った後に充電操作によって化学エネルギーを再び蓄えて再使用が可能な二次電池、更に、外部から化学エネルギーを有する物質を継続的に供給することで電気エネルギーを得る燃料電池に分類できる。現在、多種類の電池が開発されているが、各電池はそれぞれ、環境安全性、経済性、供給できる電気エネルギー量、携帯性や貯蔵性、使用環境対応性、リサイクル性等の各項目について長所と短所が異なるので、使用目的に合わせて電池が選択され、実用に供されている。いずれの電池においても共通の重要な技術要素は、どのような化学物質の反応を利用するのか、その反応をどのようにして促進するのか、また、その化学物質をどのような形態で貯蔵・供給・回収するのかという点にある。
【０００３】
電池では、還元反応（相手に電子を与えるか、若しくは酸素を引き抜く）を引き起こす還元剤と、酸化反応（相手から電子を引き抜くか、若しくは酸素を与える）を引き起こす酸化剤と、の２種の化学物質を使用する。その化学反応を、相対する２つの電極で別々に引き起こすことによって、発生した電子のエネルギーを外部に取り出す（電子の発生に伴って両極で生成したイオンは電池内部で中和される）。それらの反応効率は、使用する化学物質の種類と反応様式、電極材質や活性度、また、電解質を含めた反応場の環境に依存する。更に、どのような物質を選択して電池を構成するかは、前述した使用時のみならず、製造時・廃棄時も含めた電池システム全体の良否に関わるポイントである。
【０００４】
現状の電池では、効率よく上記反応を実現させるために、有害な物質を使用している。そのため、電池は、一般に使用済み電池として回収し、処理されている。
【０００５】
例えば、マンガン系や水銀系の一次電池の場合、電極に亜鉛や水銀あるいはリチウムといった非常に有害性の物質を一部含んでいる。これらの電池は、経済性や化学物質の貯蔵性に優れるが、使用後にそれらの重金属類を放置すると環境に悪影響を与えてしまうため、厳密な回収が必要になる。それらの電池のパッキングとして金属が使用されているため、消却処理も不可能である。また、充電による再利用ができないため、使用後の電池廃棄や再資源化に多くのコストがかかってしまう。
【０００６】
また、例えば、リチウムイオン二次電池は、電気エネルギー量に優れ、また、充電による再利用が可能であるが、リチウムが空気中の水分や酸素に対して非常に不安定な発火物であるため、その危険性を回避するためには電池のパッケージングや使用環境に十分な安全対策を払わねばならない。更に、電池寿命後の回収や再資源化は必須であり、電池の製造から使用・廃棄までの全体コストを引き上げてしまう。この問題は鉛系蓄電池の場合でも同様であるが、製造価格や供給電気エネルギーの観点から、自動車用バッテリー等の用途でのみ大量に使用されているのが現状である。
【０００７】
一方、燃料電池としては、主に、還元剤（燃料）として水素やメタノール等を、また、酸化剤として酸素や過酸化水素等を用いる電池が知られている。例えば、メタノールを還元剤（燃料）、過酸化水素水溶液を酸化剤とした、所謂、ダイレクトメタノール電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
この電池の場合、メタノール及び過酸化水素水溶液が常温常圧下で液体であるため、携帯性や貯蔵性に優位点がある。しかし、反応に伴って地球温暖化の原因物質である二酸化炭素を排出して環境に負荷をかけてしまう本質的な問題がある。また、燃料のメタノールが可燃性であるため、その漏洩は非常に危険である。更に、反応に必要な貴金属反応触媒の使用量が多く高コストであることに加えて、負極側のメタノール燃料が固体電解質膜を通過して正極側へ達してしまい、そのため、反応効率の低下を招くメタノールクロスオーバーという問題等も残っている。
【０００９】
また、水素−酸素系の燃料電池は、供給できる電気エネルギー量が多く、かつ、反応生成物が水のみであるため、環境安全性の面で非常に優れている。しかし、燃料の水素が可燃性であるため、その漏洩は非常に危険な状態を招く。
【００１０】
更に、非特許文献２には、水素−酸素系の燃料電池として、アノード（負極）側に強酸性、カソード（正極）側に強塩基性の高分子膜を配するバイポーラ型の構成をとるものが開示されている。また、該非特許文献２は、この燃料電池が、カソードでの律速反応である酸化反応が比較的良好に行なわれる点、電極触媒の選択性が高い点、反応で生成した水が電極に影響を及ぼし難い点、などの長所を有すると述べている。
【特許文献１】米国特許６，４８５，８５１号公報
【非特許文献２】Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ７１，Ｎｏ．５（２００３）、３１３−３１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、このバイポーラ型電池では、強酸性高分子膜側の電極で還元反応が生じ、強塩基性の高分子膜側で酸化反応を生ずるが、これらの酸化・還元反応による起電力よりも、電池の中心部における水素イオンＨ＋と水酸化物イオンＯＨ-の中和による電位が起電力の大部分を占める構成となっている。これは、水素イオンＨ+と水酸化物イオンＯＨ-の中和により生ずる電位が、他のイオンの場合に比べて一般的に高いためである。
【００１２】
このため、このタイプのバイポーラ型電池の起電特性は、酸性と塩基性の高分子膜の境界近辺で発生する水の中和反応に大きく依存する。ところが、水素イオンＨ+と水酸化物イオンＯＨ-が実際に出会う領域は厳密に高分子膜の境界部にはならず、境界を中心とした広範囲に分散する。また、中和反応に伴い生じた水が、これら水素イオンＨ+と水酸化物イオンＯＨ-の移動を困難にする。したがって、水素イオンＨ+と水酸化物イオンＯＨ-の実際に中和する領域が変動するため、このタイプのバイポーラ型電池の起電力は、安定的に起電力を生じさせるのが困難であるという性質を有している。
【００１３】
また、このバイポーラ型電池においては、生成する水が両高分子膜の界面に蓄積して、水の層が形成される恐れがある。この水の層の存在は、両電極で生成された水素イオンＨ+及び水酸化物イオンＯＨ-の中和反応を抑制してしまい、結果的に、経時による水の層の形成、増加に伴い、電気エネルギーの供給が困難となる性質を有している。
【００１４】
一方で、電池は、近年、様々なデバイス、製品に使用されており、そのデバイス、製品はより薄く、より小さくなる傾向が顕著である。したがって、電池も搭載するデバイス、製品の要請に応えるべく、より薄い電池にする必要がある。
【００１５】
以上から、本発明は上記の課題を解決することを目的とする。
すなわち、本発明は、電池の厚さが薄く、しかも十分な発電能を有する新規な構成の電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、バイポーラ型の電池であって、厚さが薄く、しかも安定に発電することが可能な新規な構成の電池を発明するに至った。即ち、
第１の本発明は、発電部が、少なくとも、第１の電極が接触した酸性媒体と、第２の電極が接触した塩基性媒体とを備え、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が互いに隣接もしくは近設されてなり、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなり、前記第１の電極及び第２の電極が前記発電部の厚み方向に対する交差方向に沿って配置されていることを特徴とする電池である。
【００１７】
第２の本発明は、発電部が、少なくとも、第１の電極が接触した酸性媒体と、第２の電極が接触した塩基性媒体とを備え、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が互いに隣接もしくは近設されてなり、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなり、前記第１の電極及び第２の電極が前記発電部の厚み方向に対する直交方向に沿って配置されていることを特徴とする電池である。
【００１８】
第３の本発明は、発電部が、少なくとも、第１の電極が接触した酸性媒体と、第２の電極が接触した塩基性媒体とを備え、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が互いに隣接もしくは近設されてなり、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなり、第１の電極における主たる面と第２の電極における主たる面とが同一平面上に配置されていることを特徴とする電池である。
【００１９】
第１〜第３の本発明の電池においては、下記第１〜第２１の態様が少なくとも１つ適用されていることが好ましい。
【００２０】
（１）第１の態様は、前記発電部が、ラミネートフィルムにより覆われている態様である。
（２）第２の態様は、前記ラミネートフィルムが、通気遮断性金属フィルムと絶縁性樹脂フィルムとで構成されたラミネートフィルムである態様である。
（３）第３の態様は、前記反応物質が、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体のそれぞれに含有されてなる態様である。
（４）第４の態様は、前記酸性媒体に含有される前記反応物質としての第１の物質と、前記塩基性媒体に含有される前記反応物質としての第２の物質とが、同一の物質である態様である。
（５）第５の態様は、前記反応物質が、過酸化水素である態様である。
（６）第６の態様は、前記反応物質が、当該反応物質を含有する液体もしくは固体、あるいは、化学変化によって当該反応物質を生成する液体もしくは固体、の状態で供給されてなる態様である。
（７）第７の態様は、前記酸性媒体が酸性水溶液からなり、かつ、前記塩基性媒体が塩基性水溶液からなる態様である。
【００２１】
（８）第８の態様は、前記酸性水溶液が、硫酸、メタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、及びフマル酸からなる群より選択される酸を１以上含む態様である。
【００２２】
（９）第９の態様は、前記塩基性水溶液が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を１以上含む、又は炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択されるアルカリ金属塩を１以上含む態様である。
【００２３】
（１０）第１０の態様は、前記酸性媒体が酸性のイオン交換部材から構成され、かつ、前記塩基性媒体が塩基性のイオン交換部材から構成される態様である。
（１１）第１１の態様は、前記イオン交換部材が、ポリビニルスチレン系のイオン交換樹脂、ポリフルオロヒドロカーボンポリマー系の高分子電解質膜、ポリビニルスチレン系のイオン交換膜、及び繊維状ポリスチレン系のイオン交換濾紙からなる群より選択される態様である。
（１２）第１２の態様は、前記酸性媒体が酸性のイオン伝導性ゲルから構成され、かつ、前記塩基性媒体が塩基性のイオン伝導性ゲルから構成される態様である。
（１３）第１３の態様は、前記酸性のイオン伝導性ゲルが、酸性水溶液を、寒天、又はその塩類によりゲル化してなる態様である。
（１４）第１４の態様は、前記塩基性のイオン伝導性ゲルが、塩基性水溶液をカルボキシメチルセルロース、架橋ポリアクリル酸、又はその塩類によりゲル化してなる態様である。
（１５）第１５の態様は、前記酸性媒体が酸性水溶液と炭素系粉末からなるペースト状態である様態である。
（１６）第１６の態様は、前記塩基性媒体が塩基性水溶液と炭素系粉末からなるペースト状態である様態である。
【００２４】
（１７）第１７の態様は、前記第１の電極が、耐酸性金属、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料から構成される態様である。
（１８）第１８の態様は、前記第２の電極が、耐塩基性金属、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料から構成される態様である。
【００２５】
（１９）第１９の態様は、前記第１の電極及び第２の電極が、板状、薄膜状、網目状、又は繊維状である態様である。
（２０）第２０の態様は、前記第１の電極及び前記第２の電極が、無電解メッキ法、蒸着法、又はスパッタ法により、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体のそれぞれ配置されてなる態様である。
（２１）第２１の態様は、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が塩橋材を介して互いに隣接もしくは近設されている態様である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電池の厚さが薄く、しかも十分な発電能を有する新規な構成の電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の電池について詳細に説明する。
＜電池＞
本発明の電池は、その発電部が、第１の電極が配置された酸性媒体と、第２の電極が配置された塩基性媒体とを備えてなる。これら酸性媒体及び塩基性媒体は互いに隣接もしくは近設してなり、酸性媒体及び塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなる。
【００２８】
また、本発明の電池は、上述の各部材を備える構成を有するバイポーラー型の一次電池である。なお、本発明において、バイポーラー型の電池とは、酸性媒体と塩基性媒体が隣接もしくは近設し、これらの中に電気エネルギーを取り出すための物質（反応物質）と電極が含まれる構成を有するものである。
【００２９】
そして、本発明の電池は、第１の電極及び第２の電極が次の形態で示される関係で配置される。１）第１の電極及び第２の電極を発電部の厚み方向に対する交差方向に沿って配置させる形態。２）第１の電極及び第２の電極を発電部の厚み方向に対する直交方向に沿って配置させる形態。３）第１の電極における主たる面（好適には、酸性媒体と接触する面）と第２の電極における主たる面（好適には、塩基性媒体と接触する面）とを同一平面上に配置させる形態。いずれの形態も、第１の電極及び第２の電極を、発電部（或いは電池）の厚み方向に積層せず、発電部（或いは電池）の厚み方向から見たとき互いに重なる領域がないように配置させている。
【００３０】
このため、本発明の電池は、電池の薄型化が可能となる。また、本発明の電池は、後述するように、十分な発電能を有する新規な構成でもある。
【００３１】
ここで、酸性媒体または塩基性媒体に含有される反応物質は、下記のような作用により正極側及び／または負極側での電極反応を生じさせ、効率のよい電気エネルギーの発生を可能とする。すなわち、かかる反応物質が、酸性媒体または塩基性媒体に存在しないと、電池としての十分な起電力が得られないことになる。
【００３２】
例えば、上記反応物質が、酸性媒体及び塩基性媒体のそれぞれに含有されてなる場合、酸性媒体中の反応物質である第１の物質は、その酸性媒体中に含まれる水素イオンを伴って第１の電極から電子を奪う反応を生じさせる。一方、塩基性媒体中の反応物質である第２の物質は、その塩基性媒体中に含まれる水酸化物イオンを伴って第２の電極へと電子を供与する反応を生じさせる。
【００３３】
特に、本発明における電池は、まず、（１）上記の酸性媒体中またはこれに接触する電極近傍で第１の物質及び水素イオンが共存し、共に反応系物質として第１の電極から電子を奪う（酸化する）反応を引き起こす。また、（２）上記塩基性媒体中或いはこれに接触する電極近傍で第２の物質及び水酸化物イオンが共存し、共に反応系物質として電極に電子を与える（還元する）反応を引き起こす。このような（１）及び（２）の反応が同時に進行して、外部回路を駆動する電気エネルギーを発生する。
【００３４】
なお、本発明の電池は、バイポーラー型反応場において、酸性媒体中の水素イオンは、第１の物質による第１の電極から電子を奪う反応に加わり、また、その濃度増加は反応を促進する（化学平衡を生成系方向にずらす）作用を有する。一方、塩基性媒体を構成する水酸化物イオンは、第２の物質による第２の電極へと電子を供与する反応に加わり、また、その濃度増加は反応を促進する作用を有する。このため、水素イオン濃度或いは水酸化物イオン濃度を高くする、即ち、酸性媒体中ではｐＨを低くし、塩基性媒体ではｐＨを高くすることで反応を増強させることが可能となり、出力を高めることが可能な構成を有している点でも有効である。
【００３５】
また、本発明の電池を構成する各部材（第１の電極及び第２の電極）は、酸性、塩基性媒体に腐食されない材料、すなわち炭素および導電性を有する炭化水素を骨格とする有機物、または、白金や金からなることがよい。
【００３６】
以下、本発明の電池を構成する各部材について、詳細に説明する。
（酸性媒体及び塩基性媒体）
本発明において、酸性媒体は、重金属を含まず、ｐＨ７未満（好ましくは、ｐＨが３以下）である媒体を指し、水素イオンが存在する酸性反応場を形成し得ることが好ましい。また、塩基性媒体は重金属を含まず、ｐＨ７を超える（好ましくは、ｐＨが１１以上）媒体を指し、水酸化物イオンが存在する塩基性反応場を形成し得ることが好ましい。ここでいう重金属とは比重が４または５ｇ／ｃｍ3以上の金属を指し、主なものは、鉛・水銀・カドミウム・マンガンなどが挙げられる。
これらの酸性媒体及び塩基性媒体としては、それぞれが独立に、液体状態、ゲル状態（含ペースト状態）、固体状態のいずれの態様であってもよいが、両媒体が同じ態様であることが好ましい。また、酸性媒体及び塩基性媒体としては、有機化合物、無機化合物の種類に関らず用いることができる。
【００３７】
なお、いずれの場合でも、後述するような材料を使用する。
酸性媒体と塩基性媒体との好ましい組み合わせは、例えば、硫酸や塩酸、リン酸等の酸性水溶液と、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、アンモニウム化合物等の塩基性水溶液と、の水溶液の組み合わせ；それらの水溶液をゲル化剤によってゲル化したイオン伝導性ゲルの組み合わせ；スルホン酸基やリン酸基を有する酸性のイオン交換部材と、４級アンモニウム基を有する塩基性のイオン交換部材と、のイオン交換部材（イオン交換樹脂を用いた膜、濾紙などの形態を含む）の組み合わせ；硫酸処理した活性炭等の固体酸と、塩基処理した活性炭等の固体塩基と、の固体物の組み合わせ；などが挙げられる。
より具体的には、酸性水溶液としては、硫酸、メタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、及びフマル酸からなる群より選択される酸を１以上含む水溶液を用いることが好ましく、中でも、強酸である、硫酸、塩酸、リン酸を含むことがより好ましい。
【００３８】
また、塩基性水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び、水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を１以上含む、又は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択されるアルカリ金属塩を１以上含む水溶液を用いることができ、中でも、強塩基である、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを含むことがより好ましい。
さらに、酸性媒体としての酸性のイオン伝導性ゲルは、上記のような酸性水溶液を、架橋ポリアクリル酸、又はその塩類などのゲル化剤を用いて、ゲル化したものが好ましい。
一方、塩基性媒体としての塩基性のイオン伝導性ゲルは、上記のような塩基性水溶液を、例えば、カルボキシメチルセルロース、架橋ポリアクリル酸やその塩類、をゲル化剤として用いて、ゲル化したものが好ましい。
なお、上記の酸や塩基は、１種のみを用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、ゲル化剤の使用方法も同様である。
【００３９】
ペースト状態として好適なものとしては、酸性液体または塩基性液体と粉末とを混合したものが挙げられるが、特に炭素系粉末が好ましい。炭素系粉末としては、グラファイト、活性炭、カーボンブラック等が好適であるが、特にこれらに限定されない。
【００４０】
また、前記の酸性のイオン交換部材及び塩基性のイオン交換部材としては、イオン交換樹脂を用いた、イオン交換膜、固体高分子電解質膜、濾紙などの形態を含む。好適なものとしては、スルホン酸基やリン酸基などの強酸性基を有する強酸性イオン交換樹脂や、４級アンモニウム基などの強塩基性基を有する強塩基性イオン交換樹脂を用いた各イオン交換部材である。より具体的には、例えば、製品名ダウエックス（Ｄｏｗ社製）や、製品名ダイヤイオン（三菱化学社製）、製品名アンバーライト（Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａｓｓ社製）に代表されるポリビニルスチレン系のイオン交換樹脂や、製品名ナフィオン（ＤｕＰｏｎｔ社製）、製品名フレミオン（旭ガラス社製）、製品名アシプレックス（旭化成工業社製）に代表されるポリフルオロヒドロカーボンポリマー系の固体高分子電解質膜、製品名ネオセプタ（トクヤマ社製）、製品名ネオセプタＢＰ−１（トクヤマ社製）に代表されるポリビニルスチレン系のイオン交換膜、ポリスチレン系の繊維状イオネックスイオン交換体で形成されたイオン交換濾紙製品名ＲＸ−１（東レ社製）等が挙げられる。
更に、固体酸として好適なものとしては、カオリナイトやモンモリナイト等の粘度鉱物、ゼオライト、また酸性物質を添着した活性炭が挙げられる。
固体塩基として好適なものとしては、塩基性物質を添着した活性炭が挙げられる。
【００４１】
本発明の電池において、酸性媒体及び塩基性媒体は、互いに隣接もしくは近設することを必須とするが、これは、酸性媒体中で水素イオンを放出することにより生成した対陰イオンと、塩基性媒体中で水酸化物イオンを放出したことにより生成した対陽イオンと、により塩を形成させて電荷のバランスをとることを可能とするためである。そのため、例えば、上述のように、両媒体が、酸性水溶液と塩基性水溶液とからなる場合、生成した陽イオン及び／又は陰イオンを透過可能な特性を有している膜、あるいは、生成した陽イオン及び／又は陰イオンが移動可能な塩橋材を用いれば、酸性媒体と塩基性媒体との間が分離される態様であってもかまわない。また、それぞれの全体が隣接している必要はなく、その一部が隣接していればよい。
【００４２】
（反応物質）
反応物質は、酸性媒体中に含有させる場合は、当該酸性媒体中で、水素イオンを伴って第１の電極から電子を奪う酸化反応を生成させる物質（酸化剤）であれば、如何なるものをも用いることができる。一方、塩基性媒体中に含有させる場合は、当該塩基性媒体中で、水酸化物イオンを伴って第２の電極へと電子を供与する還元反応を生成させる物質（還元剤）であれば、如何なるものをも用いることができる。
ここでは、好ましい態様として、酸性媒体に含有される反応物質としての第１の物質、及び、塩基性媒体に含有される反応物質としての第２の物質を例に、以下詳細に説明する。
【００４３】
第１の物質としては、水素イオン濃度が高い場合に反応が促進される物質であることが好ましい。具体的には、過酸化水素、酸素等をもちいることができる。また、これらの物質を含有する液体もしくは固体、あるいは、化学変化によってこれらの物質を放出する液体もしくは固体、の状態で第１の物質を供給するようにしてもよい。
【００４４】
また、第２の物質としては、水酸化物イオン濃度が高い場合に反応が促進される物質であることが好ましい。具体的には、過酸化水素、水素等を用いることができる。また、これらの物質を含有する液体もしくは固体、あるいは、化学変化によってこれらの物質を放出する液体もしくは固体、の状態で第２の物質を供給するようにしてもよい。
【００４５】
上記の中でも、第１の物質及び第２の物質が、同一成分からなることが好ましい。このような物質は、酸性媒体中で、水素イオンを伴って第１の電極から電子を奪う酸化反応を生成させ、塩基性媒体中では、水酸化物イオンを伴って第２の電極へと電子を供与する還元反応を生成させる性質を有する。この場合には、電池の構成が容易になり、従来の電池で大きな課題であった正極側と負極側の化学物質の分離膜の選択の自由度が拡がるとともに、酸性媒体と塩基性媒体が混合されない状態に保てる場合には必ずしも分離膜を必要としない。
【００４６】
酸化剤及び還元剤のどちらにも使用できる物質としては、特に過酸化水素が好ましい。この理由については後で詳細に説明する。なお、過酸化水素を含有する液体もしくは固体、あるいは、化学変化によって過酸化水素を放出する液体もしくは固体を用いて、過酸化水素を供給することが、取り扱いがより簡易になる点で好ましい。
【００４７】
第１の物質及び第２の物質の供給手段の１つである上記「液体」は、溶液（溶媒として、水、有機溶媒等を含む）、分散液、ゲルの形態のいずれであってもよい。また、これらの使用形態は、上述した酸性媒体及び塩基性媒体の形態との好ましい組み合わせにより選択されることが望ましい。
また、第１の物質及び第２の物質は、過酸化水素の場合はそれぞれ、酸性媒体および塩基性媒体中に、水素イオン、水酸化物イオンに対してそれぞれ、mol比で2（水素イオン、水酸化物イオン）：1（過酸化水素）になるように含有されるのが最も好ましい。なぜなら、後述する発電反応から、上記比率で含有された場合が、過酸化水素が過不足無く反応するからである。
【００４８】
本発明の電池によれば、電極での反応に水素イオンＨ+と水酸化物イオンＯＨ-が関与する場合、酸性媒体中で第１の物質が水素イオンＨ+を伴って第１の電極から電子を奪う酸化反応を生じさせ、塩基性媒体中で第２の物質が水酸化物イオンＯＨ-を伴って電極へと電子を供与する還元反応を生じさせる。このとき、酸性媒体中での酸化反応による起電力は、塩基性媒体中で酸化反応させるよりも、原理的に大きくなる。これは、水素イオンＨ+が反応系の物質であるため、水素イオン濃度の高い酸性媒体中では化学平衡が生成系に傾き、結果として酸化電位を高くするためである。また、塩基性媒体中での還元反応による起電力は、酸性媒体中で還元反応させるよりも、原理的に大きくなる。これは、水酸化物イオンＯＨ-が反応系の物質であるため、水酸化物イオン濃度の高い塩基性媒体中では化学平衡が生成系に傾き、結果として酸化電位を低くするためである。
【００４９】
このため、本発明のバイポーラー型電池の構成では、電極における酸化・還元反応により生ずる起電力が、電池から得られる電圧の主体的な源であり、電池内部の中和反応の発生箇所が変動する性質を有する領域での起電力が主体的となるバイポーラー型の電池と比べて、安定に電力を発生させることができる。
【００５０】
（第１の電極及び第２の電極）
本発明において、第１の電極は正極であり、第２の電極は負極として機能する。上述のように、電池の薄型化を図るために、この２つの電極は、１）発電部（電池）の厚み方向に対する交差方向に沿って、２）発電部（電池）の厚み方向に対する交差方向に沿って、又は３）その主たる面（好適には媒体が接触する面）を互いに同一平面上に位置させて、配置させる。ここで、２つの電極の主たる面を互いに同一平面上に位置させて配置させる場合、主たる面が完全に同一平面上に位置させなくともかまわず、目的とする電池の厚みが達成される範囲で互いにずれて配置されても問題ない。
【００５１】
これら第１の電極及び第２の電極の材質としては、耐酸性金属、耐塩基性金属、炭素および、炭化水素を骨格とする有機物からなるものが好ましい。より具体的には、第１の電極（正極）として、白金、白金黒、金、グラファイトや活性炭、カーボンナノチューブ等の炭素構造体、アモルファスカーボン、グラッシーカーボン、それらを分散させたポリマー樹脂等が挙げられる。
【００５２】
第２の電極（負極）としては、白金、白金黒、金、グラファイトや活性炭、カーボンナノチューブ等の炭素構造体、アモルファスカーボン、グラッシーカーボン、それらを分散させたポリマー樹脂等が挙げられる。
【００５３】
本発明において、第１の電極及び第２の電極のいずれもが、板状、薄膜状、網目状、又は繊維状であることが好ましい。特に、本発明の実施形態の場合は、電池内で発生した気体の排出流路となるべく、網目状であることが好ましい。ここで、「網目状」とは、少なくとも、排出しようとする気体が通り抜けられる貫通路が存在する多孔質状態であることを指す。
【００５４】
網目状の電極として、具体的には、セルロースや合成高分子製の紙類に、無電解メッキ法、蒸着法、又はスパッタ法によって上記の電極用材質を付着させてもよいし、カーボン繊維で網目状に織り込んでもよい。
【００５５】
また、第１の電極及び第２の電極が、イオン交換樹脂やイオン伝導性ゲルのような形状保持性の高い両媒体に配置される場合、かかるイオン交換樹脂やイオン伝導性ゲルの表面に、所望の電極用材料を、無電解メッキ法、蒸着法、又はスパッタ法を用いて配置することも好ましい態様である。
【００５６】
（セパレータ）
本発明の電池では、酸性媒体と塩基性媒体がその界面において、媒体同士が混合しない場合には、特にセパレータを必要としないが、両媒体を隔離する必要がある場合には、セパレータを設置しても問題ない。セパレータは両媒体を隔てつつ、イオンを通過させる役割を持つ。それ故、セパレータは一般的に不織布や多孔性の膜が用いる。例えば、ビニロン繊維や、ビスコースレーヨン繊維、α−セルロース成分９８％以上のリンターパルプ、マーセル化クラフトパルプ等を配合し、バインダーとしてポリビニルアルコール繊維を添加した合成繊維とセルロース繊維の混抄紙やポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンの微多孔膜、ガラス繊維等の微孔性膜などが好ましい。
【００５７】
（外装材）
本発明の電池では、少なくとも発電部の一部を外装材で覆うことが好ましいが、ラミネートフィルムを外装材として兼用する場合には、特になくても問題ない。外装材で覆うことで、外部からの衝撃や腐食等から内部を保護することができる。本発明の電池は、通常の電池とは異なり有害な重金属等は含ませない構成とすることができ、比較的簡易な外装できる。それにより、外装材が軽くなり、電池自体が非常に軽くなる利点がある。さらには、外装材に金属を使用しなければ、使用済み電池を別途回収する必要もない。
【００５８】
外装材の材料としては、種々のものを使用することができるが、酸、アルカリに耐性をもつ材料であることが好ましい。
具体的には、ポリマー樹脂が挙げられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエーテル等が用いることが出来る。
その他には、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料も用いることが出来る。
【００５９】
（ラミネートフィルム）
本発明の電池は、発電部がラミネートフィルムで覆われいることが好ましい。ラミネートフィルムは外装材として薄く、機械的強度もあり、本発明の薄型電池への使用に適している。また、ラミネートフィルムは外装材を兼ねていてもよい。ラミネートフィルムは、発電部（酸性媒体、塩基性媒体、電極）を密閉できるも材料であれば種々のものを使用できるが、好ましくはポリマー樹脂等が好ましい。さらに好ましくは、通気性遮断性金属フィルムと絶縁性樹脂フィルムとから構成されるラミネートフィルムである。このようなラミネートフィルムとしては、例えば、通気性遮断性金属フィルムを一対の絶縁性樹脂フィルムで挟持して、全体を積層一体化させたものが挙げられる。具体的には、例えば、フィルム状のアルミニウム等の金属シートを内側にして、その両面に絶縁性樹脂フィルムを接合したものが挙げられる。この絶縁性樹脂フィルムとしては熱融着性フィルムが好適に使用でき、熱融着性フィルムとしては、ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、熱融着性ポリエチレンテレフタレート、熱融着性ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂、あるいはこれら２種類以上の樹脂の共重合体を採用することができる。このような金属層を含むラミネートフィルムは、金属層によりガスバリアー性や光遮断性が向上し、樹脂層により、熱接合によりシールが容易となる特徴を備えている。
【００６０】
（塩橋材）
本発明の電池は、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が、塩橋材を介して互いに隣接もしくは近設されることが好ましい。即ち、塩橋材により酸性媒体と塩基性媒体とが連結されていることが好ましい。本発明の電池は、上述のような関係で２つの電極を配置しており、２つの電極を厚み方向に対向させて積層した従来の電池に比べ、イオンが動く距離が長くなり、ロスが生じて発電能が低下してしまうことがある。そこで、塩橋材により酸性媒体と塩基性媒体とを連結することで、塩橋材中をイオンが通って、他方の媒体に動く必要がなく、塩橋材と媒体とが接触している界面においての反応で電荷のバランスがとれるため、本発明の電池では上述のような関係で２つの電極を配置しても、発電能が低下することがなくなる。
【００６１】
ここで、塩橋材と媒体との界面において、電荷のバランスをとるために必要な反応機構は次にように考えられる。塩橋材に含有される塩がＸ+イオンとＹ-イオンとからなるＸＹであるとしたとき、酸性媒体中の陰イオンとＸ+イオンとが近接して対を成し（イオン対の生成）、電気的に中性状態になって電荷のバランスをとる。同時に、塩基性媒体の陽イオンとＹ-イオンとが近接して対を成し、電気的に中性状態になって電荷のバランスをとる。このとき、これらのイオン対は、溶媒である水に取り囲まれて水溶してもよいし、溶液から析出して固体塩となってもよい。このようにして、塩橋材と媒体との界面において、電荷のバランスがとられることとなる。
【００６２】
このような反応機構を生じさせる塩橋材は、水溶性の塩とその水溶液（電解質溶液）を保持する構造体と、を含んで構成されるものである。水溶性の塩としては、塩化カリウム、硝酸カリウム、酢酸リチウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられるが、これらに限定されない。水溶性の塩として好ましくは、電解質溶液中で輸率の差が小さい性質を有する塩化カリウムや硝酸カリウム等である。
【００６３】
一方、構造体としては、ゲル化材（例えば、寒天、架橋ポリアクリル酸及びその塩類、ポリビニルアルコール及びそのホウ酸架橋体など）、水分吸収保持体（濾紙、不織布、多孔質樹脂フィルム、多孔質セラミックなど）が挙げられる。構造体として好ましくは、濾紙や不織布である。
【００６４】
塩橋材の構成部材は、１種単独で用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。
【００６５】
（本発明の電池の好ましい実施形態）
以下、本発明の電池の好ましい実施形態の一例としてゲル型電池を例に挙げ、説明するが、本発明はこれらの限定されるものではない。
【００６６】
ゲル型電池は酸性媒体として、酸性水溶液をゲル化したイオン伝導性ゲルと、塩基性媒体として、塩基性水溶液をゲル化したイオン伝導性ゲルと、を隣接配置してなり、酸−塩基バイポーラー反応場を有する。具体的な構成に関して、図２、３に示されるゲル型電池の概略図を用いて説明する。
【００６７】
本実施形態に係わるゲル型電池は、図２の平面図に示すように、発電部および電極１，３からなり、電極１，３の一部を外部電極とし、発電部および電極１，３を外装材６で覆う構造にしてある。前記発電部は図３に示すように構成される。なお、図３は、図２のＡ−Ａ線矢視断面である。
【００６８】
図３に示されるように発電部の構造は、板状の第１の電極１及び酸性媒体２からなる酸性反応場と、板状の第２の電極３及び塩基性媒体４からなる塩基性反応場と、が水平方向（厚み方向に対する直交方向）に沿って配置されている。第１の電極１における酸性媒体２との接触面と第２の電極３における塩基性媒体４との接触面とが同一平面上に位置されている。
【００６９】
また、酸性媒体２と塩基性媒体４とは、塩橋材５を介して近設されている。塩橋材５は酸性媒体２および塩基性媒体４の界面において、酸性媒体の陰イオンおよび塩基性媒体の陽イオンと塩を生成し、電荷バランスをとる。酸性媒体２には不図示の第１の物質を、塩基性媒体４には不図示の第２の物質を含有させている。
【００７０】
例えば、第１の物質及び第２の物質が過酸化水素である場合、過酸化水素水溶液を、酸性媒体２又は塩基性媒体４、あるいはその両方に共存させておく。これにより、酸性反応場における酸化反応と、塩基性反応場における還元反応が生じ、起電力が発現する。
【００７１】
また電極１、３は、媒体に対して片面から若しくは両面から接触していればよく、その形状は、電池内で発生した気体の排出流路となるべく、網目状であることが好ましい。
【００７２】
これら発電部を外装材６で覆い、フィルム同士の端部を熱溶着することにより、前記発電部を覆って、電池を作製する。
【００７３】
酸性媒体２及び塩基性媒体４は自由に形状、大きさを変えられるため、薄型にする事は簡易であり、任意の厚さ、形状の薄型電池が作製することが可能である。
【００７４】
このようなゲル型電池は、発電に伴って、導電性ゲルに含まれる水素イオンや水酸化物イオン、また、過酸化水素水溶液が消費され（同時に塩が生成する）、それらが無くなった時点で電力の供給は止まる。また、これらの消費される物質は、外部から再供給できないため、一次電池となるが、構成が単純であることに加え、両反応場として、自己保持性の高いゲル状態を利用するため、その反応場を安定に維持することができる。そのため、携帯性・経済性に優れた様々な電池形態をとることが可能である。
【００７５】
＜発電方法＞
本発明の電池における発電方法（以下、本発明の発電方法）は、第１の電極及び酸性媒体、並びに、第２の電極及び塩基性媒体が可撓性を有し、第１の電極が配置された酸性媒体と、第２の電極が配置された塩基性媒体とを互いに隣接もしくは近設させた状態で、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに含有されてなる反応物質により、前記酸性媒体中での酸化反応及び前記塩基性媒体中での還元反応を生じさせて、発電を行うものである。
【００７６】
本発明の発電方法によれば、上述の如く、電極における酸化・還元反応により生ずる起電力が、電池から得られる電圧の主体的な源となり、その結果、安定に電力を発生させることができる。また、本発明の発電方法は、例えば、本発明の二次電池を使用することで実施することができる。
【００７７】
本発明の電池を用い、既述の第１の物質及び第２の物質を使用した場合、本発明の発電方法における発電機構は、以下に説明する通りになると考えられる。
すなわち、酸性媒体に含有される第１の物質が水素イオンを伴って第１の電極から電子を奪う反応を生じさせ、かつ、塩基性媒体に含有される第２の物質が水酸化物イオンを伴って第２の電極へと電子を供与する反応を生じさせて発電が起こると考えられる。
【００７８】
この反応により、第１物質及び第２の物質が内部エネルギーの低い複数の物質に化学変化することによって、その分のエネルギーを外部に電気エネルギーとして放出して電力を得ることができる。
【００７９】
特に、酸性媒体が酸性水溶液、塩基性媒体が塩基性水溶液からなり、第１の物質及び第２の物質が、いずれも過酸化水素である場合、過酸化水素は、分解反応によって水と酸素を生成する。この化学反応を、本発明の電池のように、別々の電極で酸化反応と還元反応に分離して行うと、起電力が生じる。即ち、過酸化水素は、酸性反応場では酸化作用を有し、一方で、塩基性反応場では還元作用を有するため、起電力が発生する。このような、酸−塩基バイポーラー反応場を利用することで、本発明の発電方法が実現される。
【００８０】
より具体的に、本発明の発電方法について、図１を参照して説明する。図１に示されるように、正極（第１の電極）が配置されている酸性反応場（酸性媒体）では、過酸化水素が酸化剤として働き、下記（式１）に示されるように、過酸化水素の酸素原子が電極から電子を受け取り、水を生成する。また、負極（第２の電極）が配置されている塩基性反応場（塩基性媒体）では、過酸化水素が還元剤として働き、下記（式２）に示されるように、過酸化水素の酸素原子が電極に電子を供与して、酸素と水を生成する。これら反応により、起電力が発生し、発電が行われる。
【００８１】
Ｈ2Ｏ2（ａｑ）＋２Ｈ+＋２ｅ-  →  ２Ｈ2Ｏ          ・・・（式１）
Ｈ2Ｏ2（ａｑ）＋２ＯＨ-  →  Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  ・・・（式２）
上記式中、「（ａｑ）」とは水和状態を示す（下記（式３）も同様）。
【００８２】
なお、反応場内においては、酸性媒体中に存在する水素イオンの対アニオン（図１中では、硫酸イオンＳＯ42-に相当する）と、塩基性媒体中に存在する水酸化物イオンの対カチオン（図１中では、ナトリウムイオンＮａ+）と、が両媒体の界面で塩を形成することで、電荷のバランスを取ることができる。このとき、形成される塩は、水溶液中では通常イオン化する方が安定であるため、塩の形成による起電力への効果は、電極における酸化或いは還元反応における起電力と比べるとはるかに小さい。この結果、電極反応が主体的となる本発明のバイポーラー型電池は、酸性・塩基性媒体界面における中和反応を主体としたバイポーラー型電池と比べ、安定した発電を行える性質を有することとなる。
【００８３】
上記（式１）と（式２）の半反応式をまとめたイオン反応式（電荷のバランスが、酸性・塩基性媒体界面での水のイオン分解によって取られる場合）を下記（式３）に示す。
【００８４】
Ｈ2Ｏ2（ａｑ）  →  Ｈ2Ｏ＋１／２Ｏ2  ・・・（式３）
【００８５】
熱力学計算によると、この反応のエンタルピー変化（ΔＨ）、エントロピー変化（ΔＳ）、ギブスの自由エネルギー変化（ΔＧ、温度Ｔ：単位はケルビン（Ｋ））は、それぞれ、ΔＨ＝−９４．７ｋＪ／ｍｏｌ、ΔＳ＝２８Ｊ／Ｋｍｏｌ、ΔＧ＝ΔＨ−ＴΔＳ＝−１０３．１ｋＪ／ｍｏｌとなる。
【００８６】
また、理論起電力（ｎは反応に関る電子数、Ｆはファラデー定数）と理論最大効率（η）は、それぞれ、Ｅ＝−ΔＧ／ｎＦ＝１．０７Ｖ、η＝ΔＧ／ΔＨ×１００＝１０９％と計算される。この反応の理論的特徴は、過酸化水素分解反応でエントロピーが増加してΔＳの符号が正になることである。そのため、ΔＧの絶対値がΔＨより大きくなり、理論最大効率が１００％を超える。これとは異なり、水素−酸素系やダイレクトメタノール系等、他の燃料電池反応では、ΔＳの符号は負である。
これらのことから、本発明の発電方法において、第１の物質及び第２の物質に過酸化水素を用いた場合の理論的特徴を以下に挙げる。
従来より知られている他の燃料電池では、原理的に、エントロピー変化量ＴΔＳを発電に利用できず熱として放出する。一方、本機構では、外界から熱を吸収して得たエントロピーの増加分を発電に利用することができる。そして、反応温度Ｔが高い場合の方が、ΔＧの絶対値が大きくなり起電力が高くなる。
実用電池では、イオン反応式の理論起電力だけで出力電圧が決まるのではなく、過電圧等によって電圧が低下し同時に熱を発生する。例えば、単位電池をスタックして集積化する場合、或いは、電池を製品内部に組み込む場合に、この熱が大きな問題になる。しかし、上述のように、本発明の発電方法によれば、理論的にはその熱を発電に再利用することができ、全体的な熱発生が少なくなる可能性がある。また、発電に利用できるエネルギー総量に相当するΔＧは水素・酸素燃料電池に比較して半分程度であるが、ｎ＝１（水素−酸素系の燃料電池の場合はｎ＝２）であるために理論起電力は同程度となる。
【００８７】
また、上記のことから、本発明の電池及び本発明の発電方法において、第１の物質及び第２の物質に過酸化水素を用いた場合には、既述のような効果の他に、下記のような効果が得られる。
【００８８】
（１）過酸化水素は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する反応に伴って二酸化炭素を放出せず、その代わりに酸素を放出する。また、電池内の構造要素に、発火物・可燃物や有害な重金属類等を使用せず、さらに電極、外装材が炭素もしくは、有機物から構成されるため、使用後、別途回収する必要が無く、焼却処理可能となる。それ故、製造・使用・廃棄の製品サイクル全体に渡って環境安全性に優れる。
【００８９】
（２）過酸化水素は、常温常圧で液体であるため、貯蔵のために重い金属ボンベ等を必要としないし、水と自由に混合できるためゲル化が容易であり、貯蔵性・携帯性が優れている。
【００９０】
（３）酸化剤として酸素を使用する必要が無いため、空気量の限られた閉鎖環境下、また空気中に塵やゴミ等が多く含まれる過酷環境下でも、その使用に支障がない。
【００９１】
（４）過酸化水素は、その工業的製造方法として有機法（アントラキノンを中間体（何度も再利用するので消費しない）として、触媒による水素の接触還元と空気酸化とによって合成する方法）等がすでに確立されており、現状でも安定的に安価で供給されている。これに加え、周辺部品が少なくシンプルな構造で電池を構成し得るため、電池システム全体の重量及び体積を小さくでき、かつ低コスト化や高耐久性を図れる。
【００９２】
上記においては、第１の物質及び第２の物質として過酸化水素を用いた発電方法について述べたが、両物質に他の物質（化合物）を用いた場合にも、電極側で酸化・還元反応を生じさせる点では実質的に同じである。
【００９３】
そのため、本発明の電池及び本発明の発電方法によれば、その発電機構により、安定した発電が可能となる。
【００９４】
以上、本発明の電池について説明したが、本発明の構成は、既述のような構成に限定されるものではない。
【実施例】
【００９５】
以下に本発明の効果を実施例及び比較例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００９６】
（実施例）
図２、３に示されるゲル型電池を下記材料を使用して作製した。すなわち、１ｍｏｌ／ｌの硫酸、及び、反応物質である第１の物質として１ｍｏｌ／ｌの過酸化水素を同量混合したものを、２０質量％のシリカゲルでゲル化したものを酸性媒体２として使用し、１ｍｏｌ／ｌの水酸化ナトリウム、及び、反応物質である第２の物質として１ｍｏｌ／ｌの過酸化水素を、同量混合したものを４０質量％のカルボキシメチルセルロースでゲル化したものを塩基性媒体４として使用した。第１の電極１及び第２の電極３としては、白金黒メッシュ（２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）を使用し、それぞれを、酸性媒体２及び塩基性媒体４に密着させて配置した。さらに塩橋材５として、濾紙（厚さ０，１ｍｍ）に１ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウムを１００μｌ染みこませ、酸性媒体２と塩基性媒体４に密着させた。さらに電極１，３の端部を外部電極とし、外装材６としてポリエチレンフィルム（ラミネートフィルム）により、発電部および外部電極を挟み込み、ラミネートフィルム端部を融着させ密封した。
以上のようにして、厚さ１．１ｍｍのゲル型電池を作製した。
【００９７】
作製した電池について、下記条件にて発電実験を行った。すなわち、この電池を１Ωから１ＭΩまでの抵抗器に接続し、そのとき流れる電流及び印加される電圧をデジタルマルチメーター（ＫＥＩＴＨＬＥＹ製２０００）を用いて測定した。
【００９８】
上記の実験条件の電池を用いて得られた電流−電圧特性を図４に示す。図４から、本実施例の場合、開放電圧０．８Ｖ、また、最大出力３ｍＷ／ｃｍ2（起電圧：０．４２Ｖ、電流７ｍＡ／ｃｍ2の時）が得られた。かかる結果より、本実施例の電池は、十分に実用可能であることが確認できた。そして、作製した電池は、電極を上述のように特定の関係で配置しているので、十分な薄型化が実現されいることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の電池を用いた発電機構（発電方法）を示す説明図である。
【図２】本発明の電池の好ましい実施形態の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の電池の好ましい実施形態の一例を示す断面図であり、図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】実施例で作製したゲル型電池における電流−電圧特性の結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１・・・第１の電極
２・・・酸性媒体
３・・・第２の電極
４・・・塩基性媒体
５・・・塩橋材
６・・・外装材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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